CN103941909A - 力反馈型触摸面板装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种力反馈型触摸面板装置，较之以往能够通过向操作者提示振幅较大的振动，对操作者提供更加明了的反馈，并且能够防止在从外部施加冲击时的触摸面板的破损。力反馈型触摸面板装置（1）包含：基座部件（11）；保持于基座部件（11）的触摸面板；由硬质的合成树脂形成为覆盖触摸面板的形状的盖部件（12）；使盖部件（12）沿着相对于触摸面板的平面的垂直方向位移的执行器（17），构成为通过在基座部件（11）上固定的第一磁铁（13）和在盖部件（12）上固定的第二磁铁（14）之间的吸附力对盖部件（12）向基座部件（11）的方向施力。

Description

力反馈型触摸面板装置

技术领域

本发明涉及具备通过使操作面振动来向操作者提示触觉的力反馈功能的触摸面板装置。

背景技术

在采用触摸面板的操作输入用装置中，公知有具备为了使操作者识别接受了操作的情况，通过使触摸面板振动来向操作者提示触觉的功能的所谓的力反馈型触摸面板装置。

例如，在专利文献1中公开了一种触觉提示装置，其特征为，使用于提示触觉的面板，采用磁力在相对于平面垂直的方向上以特定的频率振动（在本申请中参照图7）。更具体而言，构成为利用在面板背面的周缘部设置的线圈81、与磁性单元82之间产生的磁力使面板80振动，该磁性单元82由相对于该线圈81配设的磁铁89和轭铁88构成，通过对流入线圈81的电流进行控制，从而产生所期望的频率的振动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-79136号公报（图7，0016～0018段）

发明所要解决的课题

作为应用力反馈型触摸面板装置已经实用化了的代表性的设备，可以举出车辆导航装置。这样的车辆导航装置专用于汽车的车内，在行驶中的汽车的车内，传递来装载于该汽车上的发动机产生的振动、或者在轮胎与路面之间产生的振动等各种振动。因此，在汽车行驶中对这样的车辆导航装置进行操作时，这些从汽车侧产生的振动、与力反馈型触摸面板装置产生的振动混在一起，存在对操作者的反馈不明了的情况。如上所述，由于在行驶中的汽车上产生的振动含有各种频率的振动，因此可以认为通过选择特定的频率难以使反馈明了。

为了在如该例这样即使受到来自外部的各种振动的影响的环境下也能够使振动的反馈明了，使用于反馈的振动的振幅比以往大，对操作者提示更大的触觉是有效的。

在专利文献1的现有的触觉提示装置中，在面板四角附近配置由弹性体构成的悬架装置92，通过该悬架装置92能够抑制不希望的频率的振动。但是，任何的频率抑制振动无非会抑制面板的位移，设置这样的减振机构会成为在获得较大振幅上的妨碍因素。

此外，弹性体的变形特性，一般地与位移量的大小成比例地需要较大的外力，但基于该变形特性，认为该悬架装置如下地进行作用：伴随用于反馈的振动的面板的位移越大，即振动的振幅越大，越强地抑制面板的位移。这也成为获得较大的振幅上的妨碍因素。

并且，在专利文献1的现有的触觉提示装置中，通过使触摸面板自身位移来产生振动。此外，也公知有通过采用压电元件使触摸面板自身挠曲而产生振动的方式的力反馈型触摸面板装置。在所有这些情况下，为了向操作者传递振动，必然需要使触摸面板的表面向设备的外部露出。触摸面板多用玻璃板作为基材，针对向露出于外部的触摸面板的表面施加冲击时的玻璃板的破损的对策也成为紧迫的课题。

发明内容

本发明是为了解决这些课题而完成的，目的在于提供一种力反馈型触摸面板装置，能够通过向操作者提示与以往相比振幅较大的振动，从而对操作者提供更加明了的反馈，并且防止从外部施加冲击时的触摸面板的破损。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明方案1所述的力反馈型触摸面板装置，包含：基座部件；保持于基座部件的触摸面板；由硬质的合成树脂形成为覆盖触摸面板的形状，能够在相对于触摸面板的平面的垂直方向上位移地被保持的盖部件；以及沿着相对于触摸面板的平面的垂直方向，使盖部件向与基座部件相反的方向位移的执行器，所述力反馈型触摸面板装置的特征在于，触摸面板能够检测操作体向盖部件的表面的接触或者接近，在基座部件和盖部件中的一方上固定第一磁铁，在另一方上将第二磁铁或者磁性体固定为与第一磁铁相对并且向第一磁铁吸附，通过第一磁铁与第二磁铁或者磁性体之间的吸附力，盖部件向基座部件的方向施力。

本发明方案1所述的发明，将废弃以往使用的基于弹性体的减振机构，取而代之，以通过磁铁或者磁性体的磁力对盖部件施力作为主要的特征点。一般地，磁力与距离磁铁等磁力源的距离的平方成反比例地衰减。基于这种情况，在本发明的上述构成中，随着盖部件在远离基座部件的方向上越位移，磁铁之间（或者磁铁与磁性体之间的）的距离越大，相互间的吸附力越衰减。因此，与以往的减振机构的情况相比能够缓和对振动的振幅的抑制，能够最大限度地获得对操作者提示反馈的振动的盖部件的位移，能够向操作者提供更加明了的反馈。

进而，通过由硬质的合成树脂形成的盖部件覆盖触摸面板的操作面，并且采用能够检测操作体在盖部件的表面上的接触或者接近的触摸面板，因此不必使触摸面板的操作面直接露出于设备的表面。因此，能够以盖部件承受以往必须由触摸面板承受的冲击，因此能够有效地防止触摸面板的破损。另外，就此观点而言，优选通过耐冲击性优良的合成树脂形成盖部件。

本发明方案2所述的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，基座部件具有第一定位部，盖部件具有与第一定位部卡合的第二定位部，通过第一定位部与第二定位部相互的卡合，限制盖部件相对于基座部件沿着触摸面板的平面的位移。

根据本发明方案2所述的发明，通过限制盖部件沿着触摸面板的平面的方向的不必要的位移，从而能够抑制盖部件的松动。

本发明方案3所述的的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，触摸面板为静电容式触摸面板。

根据本发明方案3所述的发明，作为触摸面板采用静电容式触摸面板，并且通过适当地设定其灵敏度，即使成为实质的输入操作面的基座部件的表面、与本来的输入操作面即触摸面板的表面分离，也能够具体化实现能够检测操作体在基座部件的表面上的接触或者接近。

本发明方案4所述的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，构成为，还包含在触摸面板的下面侧配设的显示装置，触摸面板与盖部件均具有透光性，通过触摸面板和盖部件，能够目视确认显示装置的显示。

根据本发明方案4所述的发明，实现操作者越过盖部件和触摸面板进行对在显示装置上显示的操作用按钮的输入操作的方式的力反馈型触摸面板装置。

发明的效果

根据本发明，与现有的使触摸面板自身振动的力反馈型触摸面板装置相比，能够通过向操作者提示振幅较大的振动来对操作者提供更加明了的反馈，并且防止在从外部施加冲击时的触摸面板的破损。

附图说明

图1为本发明的一实施例的力反馈型触摸面板装置的外观图。

图2为表示在图1所示的力反馈型触摸面板装置中，取下了盖部件的状态的外观图。

图3为图1所示的力反馈型触摸面板装置的盖部件等的外观图，图3（a）表示表面侧，（b）表示背面侧。

图4为沿着图1所示的A-A线的剖视图。

图5为图1所示的力反馈型触摸面板装置的执行器的外观图。

图6为用于说明图5所示的执行器的动作的图，图6（a）表示位移前的状态，图6（b）表示位移后的状态。

图7为表示现有技术的图。

符号说明

1：力反馈型触摸面板装置；11：基座部件；11a：突出部；11b：基部；11c：第一定位部；11d：执行器容纳部；12：盖部件；12a：平板部；12b：延设部；12c：第二定位部；13：第一磁铁；14：第二磁铁；15：静电容式触摸面板（触摸面板）；16：液晶显示器件（显示装置）；17：执行器；171：可动部件；172：固定部件；173：端子金属件；174：形状记忆合金线；2：印刷配线基板。

具体实施方式

使用图1至图6对本发明实施例的力反馈型触摸面板装置1进行说明。

图1示出本实施例的外观。在本实施例中，构成为使印刷配线基板2、基座部件11、盖部件12按顺序地层叠。盖部件12具有堆起形成为平面状的平板部12a与其周围的延设部12b。在平板部12a的下方通过基座部件11保持有作为触摸面板的静电容式触摸面板15、和作为显示装置的液晶显示器件16（详情后述）。盖部件12和静电容式触摸面板15均为透明，构成为能够透过它们对液晶显示器件16上显示的“SIZE”、“CH”等文字或记号进行目视确认。

在将本实施例装入设备（未图示）时，使上述平板部12a在设备表面上露出，并且通过设备的框体将除了平板部12a之外的部分隐藏于内部地装入。此时，优选盖部件12能够在相对于触摸面板的平面的垂直方向上位移地在设备的框体与延设部12b的上面之间设置一些间隙地装入。也可以根据需要，使用海绵等不易使盖部件12的振动衰减的弹性体填充该间隙。

图2示出在本实施例中取下了盖部件12的状态的外观。在该状态下成为基座部件11与静电容式触摸面板15露出的状态。基座部件11由ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）树脂形成为框状。基座部件11具有形成为与上述盖部件12的平板部12a对应的形状的突出部11a、和其周围的基部11b。突出部11a的内尺寸比液晶显示器件16和静电容式触摸面板15的俯视外形尺寸大一些，在突出部11a的内部以层叠的状态保持有液晶显示器件16和静电容式触摸面板15。

在基部11b的四角分别设有形成为矩形的凹形状的第一定位部11c，在与各个第一定位部11c的底面部分对应的背面侧，固定有作为第一磁铁13的钕磁铁。第一磁铁13的俯视形状为与第一定位部11c大致相等的扁平形状，厚度方向成为异极地磁化。另外，钕磁铁的磁力强，即使外形小也能够得到强力的吸附力，就这点而言，对于本实施例是适合的。

在夹着基部11b的突出部11a的两侧，设有用于容纳在印刷配线基板2上安装的执行器17的二个执行器容纳部11d。执行器容纳部11d是俯视形状比执行器17大一些的孔，在基部11b的厚度方向上贯通。

液晶显示器件16，基于从在印刷配线基板2上安装的显示控制单元（未图示）供给的规定的信号，能够进行任意的显示。在本图中作为一例，示出从左侧按顺序地将具有“SIZE”、“∧”、“∨”、“CH”的文字或记号的圆形的按钮在一直线上并列地显示的状态。并且，作为显示装置，也可以取代液晶显示器件16，例如适当地采用EL显示器件等。

静电容式触摸面板15为公知的互电容方式，构成为在玻璃基材上将多个信号输出线与信号检测线相互正交地配设。静电容式触摸面板15与印刷配线基板2通过未图示连接机构连接，通过在印刷配线基板2上安装的触摸面板控制单元（未图示）进行控制。基于该控制，在手指等操作体接近静电容式触摸面板15时，能够根据各信号线上发生的静电容变化，特定静电容式触摸面板15面上的操作体所接近的位置。

静电容式触摸面板15的灵敏度，设定为在手指等操作体与静电容式触摸面板15的表面没有直接接触的状态、即操作体从静电容式触摸面板15的表面离开的状态下也能够检测。

具体而言，在上述触摸面板控制单元的内部，预先保存有用于对平板部12a上的操作体的接触或接近进行判断的与静电容的变化量有关的阈值。该阈值是考虑到从静电容式触摸面板15的表面到平板部12a的表面的距离或形成平板部12a的合成树脂的介电常数而预先确定的值，如果平板部12a的表面与操作体的距离小于一定值，则设定为静电容的变化量超过阈值。通过这样设定，即使成为实质的输入操作面的平板部12a的表面、与本来的输入操作面即触摸面板的表面分离，静电容式触摸面板15也能够检测平板部12a的表面上的操作体的接触或者接近。

图3为包含第二磁铁14的盖部件12的外观图，图3（a）表示表面侧，图3（b）表示背面侧。盖部件12由透明并且具有足够的耐冲击强度的ABS树脂形成为板状，即使在从外部对平板部12a施加冲击时也不容易破损。另外，作为形成盖部件12的合成树脂材料，也可以取代ABS树脂而采用聚碳酸酯树脂或丙烯树脂。

在延设部12b的四角分别设有形成为朝向背面侧的矩形的凸形状的第二定位部12c。第二定位部12c的俯视形状，与第一定位部11c的俯视形状大致相等，但是其尺寸比第一定位部11c小一些，在将盖部件12载置于基座部件11上时，第一定位部11c与第二定位部12c相互卡合。由此，盖部件12相对于基座部件11，以限制沿着触摸面板的平面的方向的位移的状态、并且能够进行沿着相对于触摸面板的平面的垂直方向的方向的位移的状态被保持。

将第二定位部12c形成为从表面侧看时为矩形的凹形状，在其内部固定有作为第二磁铁14的钕磁铁。对固定的方法进行详述，与第二定位部12c对应的凹形状的俯视尺寸形成为比第二磁铁14的俯视尺寸小一些，通过在凹形状部分上压入第二磁铁14而固定。

第二磁铁14的俯视形状为和与第二定位部12c对应的凹形状大致相等的扁平形状，与第一磁铁13同样地厚度方向成为异极地磁化，成为与第一磁铁13相互吸合的磁极方向地在盖部件12上固定。在将盖部件12在基座部件11上载置时，在第一定位部11c下方固定的第一磁铁13、与在第二定位部12c的内部固定的第二磁铁14相对，相互间产生基于磁力的足够的吸附力。并且，在本实施例中，作为第二磁铁14，使用外形比第一磁铁13小的钕磁铁，但是只要是能够在相互间发挥足够的吸附力的磁铁，则磁铁的外形可以是任意的。

图4为沿着图1所示的A-A线的剖视图，示出了执行器容纳部11d周边的剖面。执行器容纳部11d所容纳的执行器17的上面与基部11b的上面基本一致，构成为在基座部件11上载置了盖部件12的状态下，执行器17的上面与盖部件12的延设部12b的相对的面抵接。因此，如后所述，在执行器17沿着相对于触摸面板平面垂直的方向产生位移时，该位移向盖部件12传递。

第一定位部11c与第二定位部12c，如上所述相互卡合，相对于基座部件11保持盖部件12。第一定位部11c的深度、以及第二定位部12c的突出高度，是相对于执行器17能够产生的位移量足够的大小，即使在基于执行器17的盖部件12的位移为最大的情况下，它们相互的卡合也不会脱落。并且，通过它们相互卡合，能够限制盖部件12沿着触摸面板的平面的方向的不必要的位移，抑制盖部件12的不必要的松动。

图5示出了用于本实施例的执行器17的外观。图示为执行器17产生位移前的初始状态。另外，可以简化图5所示的印刷配线基板2的外形，不必一定与图1等所示的印刷配线基板2的外形一致。

执行器17由可动部件171、固定部件172、二个端子金属件173、形状记忆合金线174构成。可动部件171与固定部件172都以绝缘性的硬质的材料形成。可动部件171的下面和固定部件172的上面，在形成相互对应的波状的凹凸的面上形成，在该相互的凹凸面之间配设有形状记忆合金线174。并且，虽然也可以用导电性金属材料等形成可动部件171和固定部件172，但是在这种情况下，需要在可动部件171和固定部件172各自的表面上施加绝缘膜等防止二个端子金属件173之间短路的处置。

形状记忆合金线174在固定部件172的两端通过端子金属件173固定。本实施例中的形状记忆合金线174为镍-钛合金，具有导电性且具有比较低的电阻值，线径极细，在常温程度的环境下呈现柔顺的丝状。通过在该形状记忆合金线174中流通电流，形状记忆合金线174自身会发热，通过该热量而硬化、收缩。另外，形状记忆合金线174不限于镍-钛合金，只要表现同样的特性，则也可以是其它金属或合金。

端子金属件173，伴随形状记忆合金线174的端部嵌入固定部件172的两端，以形状记忆合金线174没有松弛的足够的强度将形状记忆合金线174的端部固定。端子金属件173由导电性金属形成，在印刷配线基板2上设置的规定形状的焊盘（未图示）上焊接。由此，成为固定部件172在印刷配线基板2上固定的状态。

参照图6对该执行器17的动作进行说明。图6（a）示出没有对形状记忆合金线174通电的状态、即产生位移前的状态。在该状态下，形状记忆合金线174处于柔软、柔顺的状态，通过上述第一磁铁13与第二磁铁14之间的吸附力，成为夹持形状记忆合金线174并且使可动部件171与固定部件172接近的状态。

图6（b）示出了对形状记忆合金线174通电的状态、即执行器17产生位移后的状态。在该状态下，形状记忆合金线174收缩，与之相伴地，克服第一磁铁13与第二磁铁14之间的吸附力，同时可动部件171沿着相对于触摸面板的平面的垂直方向，向与固定部件172相反的方向位移。伴随着可动部件171的位移，在可动部件171上载置的盖部件12也向同一方向即与基座部件11相反的方向位移。

此时，伴随该位移，第一磁铁13与第二磁铁14之间的距离增大，相互间的磁力与该距离的平方成反比例地衰减。即，伴随着盖部件12从基座部件11远离，第一磁铁13与第二磁铁14之间的相互间的吸附力减弱，能够缓和对盖部件12的位移的抑制，因此能够最大限度地获得盖部件12的位移。

如果从图6（b）所示的状态起停止对形状记忆合金线174的通电，则形状记忆合金会由于与环境的温度差、以及分别向可动部件171、固定部件172、端子金属件173的散热而冷却，恢复非通电状态的长度，并且由于第一磁铁13和第二磁铁14之间的吸附力的作用而迅速地恢复图6（a）所示的状态，与此相伴地，盖部件12也恢复产生位移前的位置。

这样，通过向形状记忆合金周期性供给电流或者停止供电，从而重复进行可动部件171的位移。通过该执行器17的周期性的位移，能够对盖部件12施加振动。

对以上这样构成的本实施例的动作进行说明。

操作者例如使手指接近在本实施例的液晶显示器件16上显示的“CH”按钮的部分，则随着静电容式触摸面板15的表面与指的距离靠近，在静电容式触摸面板15上检测的静电容的变化量增大。当手指接触平板部12a的表面时（或者足够接近时），由于静电容的变化量超过阈值，由此，能够检测产生了某种操作。此后，进行静电容式触摸面板15的扫描而特定操作位置，特定进行了对“CH”按钮的操作，接受操作者的操作。此时，作为表示接受了操作者的操作的反馈，通过对执行器17以规定的周期通过电流，或者停止通电，从而向盖部件12施加规定的振动而提示操作者。使手指接触平板部12a的操作者经由指尖感知该振动，能够识别接受了操作的情况。此时，优选改变在液晶显示器件16上显示的“CH”按钮的色调，也诉诸于操作者的视觉。

在本实施例中第一磁铁和第二磁铁都采用了钕磁铁，但是不限定于此。如果列举变形例，也可以将第一磁铁、第二磁铁中的某一个置换为例如铁等的磁性体，并且也可以将第一磁铁、第二磁铁的某一个或者双方置换为电磁铁。

并且，虽然在本实施例中例示了采用形状记忆合金线的执行器，但是只要是如现有例那样组合线圈与磁性单元的方式，或者应用电磁螺线管的方式等，只要是能够克服第一磁铁与第二磁铁之间的吸附力而产生盖部件的位移的方式，则可以应用各种方式的执行器。

产业上的利用可能性

本发明例如能够很好地用作车辆导航装置或移动电话等电子设备的触摸面板式操作输入手段。

Claims (4)

1.一种力反馈型触摸面板装置，包含：

基座部件；

保持于基座部件的触摸面板；

由硬质的合成树脂形成为覆盖触摸面板的形状，能够在相对于触摸面板的平面的垂直方向上位移地被保持的盖部件；以及

沿着相对于触摸面板的平面的垂直方向，使盖部件向与基座部件相反的方向位移的执行器，

所述力反馈型触摸面板装置的特征在于，

触摸面板能够检测操作体向盖部件的表面的接触或者接近，

在基座部件和盖部件中的一方上固定第一磁铁，在另一方上将第二磁铁或者磁性体固定为与第一磁铁相对并且向第一磁铁吸附，

通过第一磁铁与第二磁铁或者磁性体之间的吸附力，盖部件向基座部件的方向施力。

2.根据权利要求1所述的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，

基座部件具有第一定位部，

盖部件具有与第一定位部卡合的第二定位部，

通过第一定位部与第二定位部相互的卡合，限制盖部件相对于基座部件沿着触摸面板的平面的位移。

3.根据权利要求1或2所述的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，

触摸面板为静电容式触摸面板。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的力反馈型触摸面板装置，其特征在于，构成为，

还包含在触摸面板的下面侧配设的显示装置，

触摸面板与盖部件均具有透光性，

通过触摸面板和盖部件，能够目视确认显示装置的显示。